0
6241

Контроль активности транскрипционных факторов Nrf2/SKN-1

Клеточные повреждения вызванные генерацией активных форм кислорода считаются одной из основных причин старения. Однако в ответ на выработку активных форм кислорода у различных организмов синтезируются схожие транскрипционные факторы SKN-1 у нематод и Nrf у млекопитающих индуцирующие экспрессию белков, защищающих клетку от активных форм кислорода. Можно ли контролируя активность этих транскрипционных факторов повлиять на продолжительность жизни?

на сайте с 17 сентября 2009

Регулятор транскрипции SKN-1 и его гомологи у млекопитающих: белки Nrf

Активные формы кислорода (АФК) которые генерируются в результате работы электрон-транспортной цепи вызывают ряд повреждений в клетке. Cчитается, что активные формы кислорода являются основной причиной старения.  

Как отвечают живые организмы на вызванную стрессом продукцию активных форм кислорода? В ответ на окислительный стресс у C. elegans экспрессируется белок-регулятор
транскрипции SKN-1. Гомологи этого белка у млекопитающих – белки Nrf. Белки SKN-1
и Nrf  индуцируют экспрессию генов второй фазы детоксификации . Белки-продукты генов второй фазы детоксификации обеспечивают защиту против активных форм кислорода.Похожие на SKN-1 и Nrf белки есть у дрожжей. Это bZIP белки также регулирующие экспрессию генов второй фазы детоксификации у S. cerevisiae и других видов дрожжей. Такой способ защиты от активных форм кислорода видимо является эволюционно консервативным у всех эукариот. 




рис 1. экспрессия и индуцированное окислительным стрессом накопление SKN-1 в ядре. Для того, чтобы сравнить экспрессию SKN-1 в условиях стресса и в обычных условиях последовательность гена SKN-1 была слита с последовательностью зеленого флуоресцирующего белка GFP. (F) на фотографии показана экспрессия SKN-1 слитого с GFP в нормальных условиях у нематод. (G) На фотографии показана экспрессия транскрипционного фактора SKN-1 при окислительном стрессе: видно что экспрессия SKN-1 повышена (по An et Blackwell 2003 )


рис 2. Белки SKN-1 нематод и белки Nrf млекопитающих обладают высокой степенью гомологии и исполняют схожие функции  У транскрипционного фактора SKN-1 нет участка ZIP который есть у фактора Nrf (показан на рисунке розовым).В остальном степень гомологии SKN и Nrf высока. Как и SKN белки Nrf активируют транскрипцию генов, кодирующих специальные белки защищающие от активных форм кислорода (по An et Blackwell)


Система трех фаз детоксификации у эукариот

Эукариоты защищают себя от АФК и токсинов с помощью системы
трех фаз детоксификации. Во время первой фазы осуществляется связывание
ксенобиотиков. Во время второй фазы уничтожаются активные формы кислорода.
Белки второй фазы детоксификации – ферменты метаболизирующие свободные
радикалы, «чинящие» поврежденные клеточные структуры или же напрямую
связывающие поврежденные активными формами кислорода липиды. Во время третьей фазы связанные токсины выбрасываются за пределы клетки с помощью особых насосов которые работают за счет энергии АТФ.

Ферменты, транскрипция которых индуцируется фактором Nrf у млекопитающих во время второй фазы детоксификации, это белки ARE (antioxidant responce element - "элементы отвечающие за ответ на активные формы кислорода"). При индукции синтеза ARE транскрипционный фактор Nrf перемещается в ядро. Вещества, активирующие запуск синтеза белков ARE через фактор Nrf могут усиливать ответ на окислительный стресс и запускать синтез белков второй фазы детоксификации. Таким образом активировав фактор Nrf можно запустить синтез белков второй фазы детоксификации и запустить процесс "обезвреживания" активных форм кислорода: одной из основных причин старения.

Рис 3. Упрощенная модель активации фактора Nrf2: Nrf2 ингибируется фактором Keap1. Под влиянием ROS (реактивных форм кислорода) keap1 отсоединяется от Nrf-2. В результате Nrf-2 фосфорилируется и образует комплексты с белками Maf. Активный комплекс (Nrf-Maf) запускает транскрипцию генов кодирующих белки второй фазы детоксификации. Эти белки защищают клетку от активных форм кислорода.

Обзор посвященный веществам, активирующим Nrf2:

Nrf2 как новая молекулярная цель для хемопротекции

Nrf2 as a novel molecular target for chemoprevention
Surh Y.,Lee J Cancer Lett. 2005 Jun 28; 224(2): 1/1-84.

Старение и факторы SKN-1 и Nrf2

Считается, что повреждения клеточных структур в результате деятельности активных форм кислорода одна из основных причин старения. А факторы SKN-1 и Nrf2 активируют экспрессию факторов, играющих важную роль в защите от активных форм кислорода. Влияет ли активация или ингибирование SKN-1 и Nrf2 на продолжительность жизни? Показано, что да. Так например мыши у которых наблюдается недостаток Nrf2 особенно чувствительны к активным формам кислорода. Существует ряд доказательств того, что фактор SKN-1
влияет на продолжительность жизни у нематод. Например фактор SKN-1 ингибируется в резульате сигналлинга со стороны инсулин/IGF-1 подобного пути. Если снять это ингибирование то у нематод увеличивается продолжительность жизни и увеличивается стрессоустройчивость. SKN-1 не только активатор транскрипции генов второй фазы детоксификации: он кроме того ингибирует экспрессию ряда генов. Было показано, что ингибирование транскрипции с этих генов с помощью интерферирующих РНК значительно увеличивает продолжительность жизни подопытных животных. Следовательно, ингибирование этих генов SKN-1 в свою очередь может приводить к увеличению продолжительности жизни. Интересным является то, что Nrf2 и его ингибитор keap играют роль в регуляции продолжительности жизни и у дрозофил.

некоторые обзоры на данную тему:

Keap1/Nrf2 сигналлинг регулирует толерантность к окислительному стрессу и продолжительность жизни у дрозофил

Keap1/Nrf2 signaling regulates oxidative stress tolerance and lifespan in Drosophila

Sykiotis G.,Bohmann D

Dev Cell. 2008 January; 14(1): 76–85.

Исследователи из фрайбургского университета открыли новый эффект инсулина


Researchers at Freiburg University help to discover new effect of insulin

Поль Талалай: поиск веществ-активаторов Nrf2 в овощах

В 1992 году Талалай показал, что у грызунов под воздействием сульфорафана, вещества в частности содержащегося в брокколи (Brassica oleracea italica), активируется синтез белков второй фазы детоксификации. Таким образом сульфорафан способен индуцировать защиту против активных форм кислорода. Впоследствии в 2002 Талалай вместе с Ямамото выяснил механизм этого процесса: сульфорафан вызывает диссоциацию фактора keap1 от Nrf2. "Освобожденный" от keap1 фактор Nrf2 активизируется и индуцирует экспрессию защитных белков.

Рис 4. Механизм регуляции ответа второй фазы сульфурофанами – веществами содержащимися в брокколи и чесноке: Nrf2, связанный с фактором Keap1 «удерживается» в цитоплазме. Фактор Keap1 в свою очередь удерживается актиновыми филаментами. Индукторы Ndf2 разрывают связь между Keap1 и Nrf2 и последний перемещается в ядро, где он образует гетеродимеры с другими транскрипционными факторами, такими как малый фактор Maf который связывается с участками генов ARE и ускоряет их транскрипцию. Показаны несколько типов индукторов Nrf2. При образовании дисульфидных связей Keap1-индуктор или же при образовании дисульфидных связей между остатками цистеина конформация Keap1 меняется и он отсоединяется от Nrf2.

Поль Талалай:






Ученое звание: MD, профессор медицины

Место работы:
университет джона
хопкинса (John Hopkins medicine) США

Отрасль: фармакология,
молекулярная биология

Основная тема исследований: основной
темой исследований является хемопротекция против активных форм кислорода,
вызывающих рак и поиск веществ, обладающих хемопротекторными свойствами в растениях. В исследованиях под руководством Талалая выявляются белки –
естественные регуляторы ферментов второй фазы детоксификации. Исследования
ведутся на животных и на культурах клеток.

Основные публикации по теме:

Индукция генов второй фазы
детоксификации сульфорафанами защищает эпителиальные клетки сетчатки от
фотоокислительных повреждений.


Induction of phase 2 genes by sulforaphane protects retinal pigment
epithelial from photooxidative damage


Gao X.,Talalay P. Proc. Natl. Acad. Sci. USA
101:10446-10451, 2004

Прямые доказательства того, что сульфогидрильные группы keap1 являются сенсорами,регулирующими индукцию белков второй фазы, защищающих от канцерогенов и оксидантов.

Direct evidence that sulfhydryl groups of keap1 are the sensors
regulating induction of phase 2 enzymes that protect against carcinogens and
oxidants


Dinkova-Kostova, A.T., Holtzclaw, W.D., Cole, R.N., Itoh, K.,
Wakabayashi, N., Katoh, Y., Yamamoto, M., and Talalay, P. Proc. Natl. Acad.
Sci. USA
99:11908-11913, 2002

Контакты: (телефон) 410-955-3499

ptalalay@jhmi.edu

Надер Махсуди: хитозан обеспечивает защиту от активных форм кислорода в нейронах в частности с помощью фактор Nrf2

Одной из многих причин приводящих к прогрессии и развитию болезни Альцгеймера является увеличение количества активных форм кислорода в нейронах. В исследованиях иранских ученых  использовалась линия нервных стволовых клеток NT2 и олигосахарид хитозан. Клеточная смерть клеток индуцированная пероксидом как оказалось может быть остановлена с помощью хитозана. Хитозан не только защищает нейроны от клеточной смерти, но и уменьшает образование амилоидных бляшек. Исследователи показали, что хитозан осуществляет свои нейропротекторные функции влияя неа ряд факторов: Hsp-70, гамма-GCS и Nrf2. Хитозан и его производные таким образом могут иметь потенциальную ценность, как нейропротекторные агенты.

Надер Махсуди:


Ученое звание:
PhD
Отрасль:
биотехнология, нейробиология
Основная тема исследований: тестирование токсичности in vitro. Работа с различными клеточными линиями. Клеточные механизмы заболеваний.
Место работы:
Медицинский университет Шалид Бехешти (Shalid Beheshti university of medical sciences), отделение нейробиологии, Иран
Публикации по теме:

Хитозан предотвращает образование бета-амилоидных
бляшек и цитотоксичность в NT-2 нейронах вызванную активными
формами кислорода: роль транскрипционных факторов Nrf2 и NF
-каппа В.

Chitosan prevents oxidative
stress-induced amyloid beta formation and cytotoxicity in NT2 neurons:
involvement of transcription factors Nrf2 and NF-kappaB.


Khodagholi F
, Eftekharzadeh B, Maghsoudi N, Rezaei PF.

Mol Cell Biochem. 2009
Oct 21.Epub ahead of print

Контакты:
Nmaghsoudi@sbmu.ac.ir

доктор Мустафа Локандвала: физические упражнения активируют факторы защиты от активных форм кислорода (в частности Nrf2) у старых крыс.

Известно, что физические упражнения полезны для здоровья.
Могут ли они повлиять на продолжительность жизни? В исследовании ученых под
руководством доктора Локандвала изучалось воздействие физической нагрузки (с
помощью специальной беговой дорожки) на маркеры окислительного стресса у
старых крыс. Исследователи показали, что в результате физических упражнений у
старых крыс повышается содержание транскрипционных факторов, индуцирующих
экспрессию белков защиты от АФК.
Мустафа Локандвала:


Ученое звание: PhD

Место работы:
Хьюстонский университет (university of Houston) фармацевтический колледж, США
Отрасль: фармацевтика
Основная тема исследований: среди многочисленных исследовательских интересов доктора:
роль окислительного стресса в сердечнососудистых заболеваниях
Основные публикации по теме:
Физические упражнения стимулируют транскрипционные факторы (Nrf2 и NFkB), увеличивают окислительный стресс
и восстанавливают функцию дофаминового рецептора D1 при старении

Exercise Stimulates Transcription Factors (Nrf2 & NFkB), Increases Antioxidant Defenses,
Decreases Oxidative Stress, and Restores Renal Dopamine D1 Receptor Function in
Aging


George L, Mohammad A., Lokhandwala M. The FASEB Journal. 2008;22:1159.6

Физические упражнения уменьшают последствия окислительного
стресса и воспаления и восстанавлиют функции дофаминового рецептора D1 у старых крыс


Exercise decreases oxidative stress and inflammation and restores renal dophamine D1
receptor function in old rats


Mohammad A., George L., Lokhandwala M. 2007 Am J Physiol Renal Physiol 293:F914-F919

Контакты:
77204-5041
Примечания:
CV Локандвалы

Кейт Блэквелл: инсулин ингибирует фактор SKN-1 и уменьшает эффективность защиты от активных форм кислорода

Исследователи из джослиновского центра изучения диабета (Joslin Diabetes Center) показали, что инсулин оказывает неожиданное и до сих пор неизвестное влияние на продолжительность жизни. Это открытие возможно поможет придумать способ, который поможет людям проживать более долгую и здоровую жизнь. Инсулин ингибирует синтез регуляторного белка SKN-1, активность которого как известно увеличивает устойчивость к активным формам кислорода и увеличивает продолжительность жизни. «при некоторых
обстоятельствах» - говорит Кейт Блэквелл, старший исследователь – «инсулин
может уменьшать эффективность защиты клеток от повреждающих эффектов
окислительного стресса более, чем мы думаем» Уже было известно, что инсулин
ингибирует регуляторный белок FOXO контролирующий ряд генов, отвечающих за стрессоустойчивость.Исследования на C. elegans показали,что подавление инсулинового сигналлинга усиливали активность FOXO (DAF-16) и приводили к большей стрессоустойчивости и увеличению
продолжительности жизни. Теперь оказалось, что SKN-1 – второй важный ген, который
ингибируется инсулином. «вы можете манипулировать экспрессией SKN-1  у червей и они будут жить дольше» говорит
Блэквелл. Эти эксперименты конечно должны быть повторены на млекопитающих, у
которых инсулин и инсулиноподобный фактор роста 1 принимают участие в регуляции
экспрессии ряда белков в разных тканях. Однако, многие модели испытанные на C. elegans полностью
повторились при исследовании на мышах и человеке.
Кейт Блэквелл:


Ученое звание: PhD


Место работы: Джослиновский центр диабета (Joslin Diabetes Center), США


Отрасль:
молекулярная биология

Основная тема исследований:
Одной из основных тем исследований в лаборатории является фактор SKN-1 и защитные
механизмы, направленные на борьбу с активными формами кислорода. В лаборатории
в частности было показано, что SKN-1 регулирует ответ на окислительный стресс во время второй фазы детоксификации. В последнее время кроме того в лаборатории активно исследуются сигнальные механизмы регулирующие активность SKN-1 в пищеварительной системе. Во время исследований контроля активности SKN-1 комбинируются генетические, молекулярнобиологические и биохимические подходы. Исследователей интересует, как управляя активностью SKN-1 замедлить процессы старения.
Основные публикации по теме:
Регуляция активности SKN-1, белка защиты от окислительного стресса, гликоген синтазой киназой-3.
Regulation of the Caenorhabditis elegans oxidative stress defense protein SKN-1 by glycogen synthase kinase-3.

An JH,Vranas K, Lucke M, Inoue H, Hisamoto N, Matsumoto K, Blackwell TK.

Natl Acad Sci U S A 2005; 102:16275-80.
Контакты:

617-264-2760
(телефон)
keith.blackwell@joslin.harvard.edu


Примечания:


Сайт лаборатории

Суреши Раттан: преинкубация с ингибиторами протеасом увеличивает эффективность антиокислительной защиты в стареющих фибробластах кожи человека с помощью фактора Nrf2

Давно было показано, что «мягкое» действие малых количеств ингибиторов протеасом увеличивает устойчивость клеток к повреждениям в результате деятельности АФК.
Но каков механизм этого процесса? Была исследована роль Nrf2 фактора в этом процессе. Ингибирование Nrf2 с помощью малых интерферирующих РНК ингибирует и стимуляцию протеасом малыми количествами их ингибитора MG-132. В то же время в тех стареющих фибробластах, которые экспрессировали Nrf2 наблюдаль повышенная устойчивость к АФК при действии ингибитора протеасом. Таким образом, управляя активностью Nrf2 с помощью небольших количеств ингибиторов протеасом можно разработать эффективную и долговременную стратегию защиты с окислительным стрессом.

Рис 5 Ингибирование протеасом Mg132 препятствует разрушению Nrf2 и приводит к его "возвращению" в ядро и активации генов ARE обеспечивающих защиту от окислительного стресса

Суреши Раттан:



Ученое звание: PhD


Место работы: университет Аархуса (university of Aarhus) отделение молекулярной биологии, Дания

Отрасль: биология старения, биогеронтология

Основная тема исследований: среди основных тем исследования: предотвращение и предотвращение старения с помощью гормезиса.

При этом используются фибробласты кожи человека, эндотелиоциты, остеобласты, стволовые клетки костного мозга.



Основные публикации по теме:

Преинкубация с ингибитором протеасом MG-132 увеличивает активность
протеасом воздействуя на Nrf2 транскрипционный фактор в стареющих фибробластах кожи человека


Preincubation with the
proteasome inhibitor MG-132 enhances proteasome activity via the Nrf2
transcription factor in aging human skin fibroblasts.


Kraft DC, Deocaris CC,Wadhwa R, Rattan SI. Ann NY Acad Sci. 2006 May;1067:420-4

Контакты:
+45 8942 5034
rattan@mb.au.dk

Примечания:


Сайт Суреши Раттана

Томас Джонсон: открытие трех новых киназ активирующих фактор SKN-1

С помощью ингибирования ряда генов интерферирующими РНК группой исследователей под руководством Джонсона были открыты три новых киназы, необходимые для активации SKN-1. В условиях окислительного стресса SKN-1 перемещается в ядро клетки и там активирует транскрипцию ряда генов кодирующих такие белки как глутатион S-трансферазу, супероксиддисмутазу, NAD(P)H оксидоредуктазу, то есть белки принимающее самое непосредственное участие в защите от активных форм кислорода. Открытые исследователями киназы MKK-4, IKKe-1, NEKL-2, PDHK-2 необходимы для того, чтобы фактор SKN-1 переместился в ядро а ингибирование двух из этих киназ приводит к укорочению длительности жизни нематод и увеличивает их чувствительность к окислительному стрессу.

Томас Джонсон:



Ученое звание: PhD



Место работы: университет колорадо (university of colorado) отделение интегративной физиологии, США

Отрасль:  молекулярная генетика



Основная тема исследований: исследование процессов старения. Как модели используются нематоды и мыши.

Основные публикации по теме:
 
Новые киназы C.elegans: активаторы SKN-1

Activation of SKN-1 by novel kinases in C. elegans


Kell A.,Ventura N., Kahn N.,Johnson T. 2007 Free radical biology and medicine, 1560-1566

Контакты:
303-492-0279
johnsont@colorado.edu
Примечания:
избранный президент американской ассоциации старения (American Aging Association)

Комментарии

Оставить комментарий

Поделиться с друзьями

Share on Twitter